몸풀기 나선 삼성전자, HBM4 전용 선단 공정 설비투자 ‘올인’

[시사저널e=고명훈 기자] 삼성전자가 차세대 고대역폭메모리(HBM) 제조에 적용할 10나노급 6세대(1c) D램 선단 공정에 설비투자를 ‘올인’ 중인 것으로 파악된다. 평택4공장(P4)의 경우 올 하반기 들어서 1c 공정으로 생산라인 전환을 본격화했으며, 그간 미뤄왔던 평택5공장(P5)도 다시 착공 준비 작업을 시작했다. P5 또한 1c D램 생산라인이 전면 구축될 예정으로, 내년 하반기 클린룸 설비가 들어설 것으로 예상된다.

삼성전자는 이를 통해 내년 하반기 출시가 유력한 엔비디아의 차세대 그래픽처리장치(GPU) ‘루빈’ 양산 시점에 맞춰, HBM4(6세대) 공급 준비를 가속화한단 방침이다.

9일 반도체업계에 따르면 삼성전자는 최근 D램 P4 상부층에 1c D램 라인을 구축하기로 투자 계획을 확정하고, 올 하반기부터 관련 장비반입을 시작했다.

구체적으로 P4는 세부 구축 순서에 따라 총 4개의 페이즈(Ph)를 구성하고 있는데, 현재 페이즈1 하부층은 낸드플래시 생산라인으로 운영 중이며, 페이즈2는 당초 파운드리 라인으로 구축될 예정이었지만, 지금은 D램 설비로 계획을 바꿔 투자를 진행 중이다. 이외에 페이즈1 상부층과 페이즈3·4 상부층 모두 D램 라인으로 구축 중이며, 해당 라인은 전부 1c D램으로만 투자를 진행 중인 것으로 파악된다.

삼성전자는 P4에 이어 P5에서도 전면 1c D램 생산라인으로 설비투자를 진행할 것으로 예상된다. P5는 그간 반도체 실적 및 고객사 확보 부진을 원인으로, 건설이 지속 지연돼왔다. 그러나 최근 해당 건설부지 작업자들이 철골 구조물을 옮기고 안전교육을 받는 등 착공 준비 작업이 재개된 것으로 전해진다.

삼성전자의 P5는 평택 공장 중 단일 팹 기준 가장 큰 캐파(생산능력)를 지니고 있다. 내달 착공에 들어가면 내년 하반기 클린룸부터 구축되고 내후년부터 공장 가동을 본격화할 수 있을 것으로 전망된다.

반도체업계 관계자는 “삼성전자는 P4 상부층부터 1c D램 투자에 들어갔으며, 이게 P5까지 이어질 전망이다. 현재로서 P5에 D램을 제외한 낸드, 파운드리에 대한 계획은 전혀 나온 바가 없다”며, “부지를 보면 P1부터 P4까지는 같은 부지에 있고, P5와 P6는 도로 건너편 다른 부지로 구분돼 있는데, 해당 부지가 워낙 넓기도 하고 층수도 더 높아질 것으로 알고 있어 단일 팹 기준으론 P5의 캐파가 가장 클 것”이라고 말했다.

1c D램은 기존 10나노급 5세대(1b) D램보다 한세대 높은 선단 공정으로, 회로 선폭이 더 높아 성능은 한층 향상되고, 전력 소비는 적단 점이 특징이다. 삼성전자가 기존 HBM3E(5세대)까지 적용한 D램은 1b보다도 한세대 낮은 1a 공정 기반의 제품이다. 반면, 경쟁사인 SK하이닉스와 마이크론의 최신 HBM 제품은 1b D램으로 만들어지고 있다. 삼성전자도 1b D램으로 HBM을 제조하려고 시도했지만, 그간 수율 개선에 어려움을 겪어온 것으로 전해진다.

이에 삼성전자는 전략을 바꿔 1b를 과감히 건너뛰고, 1c D램에 역량을 집중하는 방향으로 개발을 이어왔으며, 최근 50% 이상 수율 확보에 성공한 것으로 알려졌다. 반면, SK하이닉스와 마이크론은 HBM4에서도 1b D램 적용을 유지하고 안정화를 선택했다.

삼성전자는 현재 1c D램을 기반으로 한 HBM4 제품 개발을 완료하고, 이미 주요 거래선에 시제품을 공급한 상황이라고 전했다. 내년 HBM4 수요 본격화에 맞춰 공급 확대를 목표로, 1c나노 캐파 확대에 필요한 투자를 지속 집행한단 계획이다.

반도체업계 관계자는 “삼성전자는 HBM을 잘해야 하는 처지에서, 상황을 뒤집기 위해 전략적으로 1b는 거의 포기하고 1c에 집중한 건데 사실 상반기까지만 하더라도 삼성전자 1c가 수율이 되느냐, 마느냐 얘기가 많았다”며, “그래도 1c에 집중하면서 D램 설계도 바꿨고, 로직다이 설계도 바꾸다 보니 좋은 소식들이 조금씩 나오고 있다. 삼성전자 내부적으로도 1c에서 가능성을 엿본 것으로 보인다”고 말했다.